电动汽车桁架式车架结构拓扑优化设计.pdf

图书分类号 U463 密级非密
UDC 注 1 629



硕士学位论文
电动汽车桁架式车架结构
的拓扑优化设计

侯军海


指导教师(姓名、职称) 崔俊杰副教授
申请学位级别工学硕士
专业名称车辆工程
论文提交日期 2012 年 5 月 30 日
论文答辩日期 2012 年 6 月 3 日
学位授予日期________年______月______日
论文评阅人张瑞亮董小瑞
答辩委员会主席郭树旺

2012 年 6 月 5 日
注 1:注明《国际十进分类法 UDC》的分类
原创性声明

本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在指导教师的指导下,独
立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含
其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡
献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人
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中北大学学位论文
电动汽车桁架式车架结构的拓扑优化设计
摘要
车架作为汽车各总成和部件的承载基体,对整车的动力性、经济性及操控稳定性有
着重要的影响,但是由于电动汽车本身的特殊性,使自身质量大大增加,从而给车架的
结构设计带来了诸多困难。
本文在拓扑优化理论的基础上,确定了电动汽车车架的设计方案,并在Hyperworks
中以柔度最小为目标函数,体积分数为约束建立了车架的三维拓扑模型。为了兼顾车架
各方面的结构性能,首先对弯曲工况和扭转工况进行了拓扑优化,得到了单工况条件下
的车架结构,其次将弯曲工况、扭转工况、制动工况、转弯工况、碰撞工况及模态工况
通过加权应变能的方法进行了拓扑优化,得到了多工况条件下的整体车架的载荷传递路
径。通过对拓扑优化结果的分析,并结合车架的可靠性原则和制造工艺,最终设计出了
电动汽车的桁架式车架结构。
对车架结构进行板壳单元离散,分别在弯曲工况、转弯工况、制动工况、扭转工况
下进行有限元分析,求得典型工况下车架的整体位移及应力分布情况,最后对所设计的
桁架式车架进行了模态分析。
研究结果表明,通过拓扑优化设计能使车架获得良好的静态特性和动态特性,不仅
为车架的产品设计、改造和优化提供参考,同时也为车架的轻量化设计提供了依据。

关键词:车架,拓扑优化,有限元分析,模态分析
中北大学学位论文
The topological optimization design
of Electric Vehicle Frame Structure
Abstract
As the bearer of the frame car parts matrix, the dynamic has an important influence on
the stability control,vehicle dynamic quality and economical efficiency. But because of the
particularity of the electric car itself and make their own quality significantly increased, so it
brings difficulties to the frame structure design.
This paper based on the theory of topological optimization, and determined the electric
car frame design scheme. It also sets up three-dimensional frame topological model in
Hyperworks software, and it takes the flexibility minimum as object function. In order to give
attention to the aspects of